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稳固地基——建设高密度城市的真正底线

迪拜 828 米高的哈利法塔 (Burj Khalifa) 是全球最高的建筑。其支撑系统的中心是采用了成束筒结构的核心筒,由三支翼构成扶壁。这是一个强大的系统,但这个支撑系统又依靠什么支撑呢?答案是现代城市高层建筑的无名英雄——地基。 哈利法塔的地基设计需要克服非常脆弱的深层基岩和高度腐蚀性地下水。解决方案?施工方将 192 根厚壁钢管支护桩打入地下 50 米并浇筑 45,000 立方米混凝土,而其中的大部分都具有耐盐水腐蚀性能,且受到腐蚀抑制阴极保护屏障的保护。
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创建于 2018 年 09 月 21 日

芝加哥湿地上的先锋摩天大楼

建造地基从来不是一件易事。例如,芝加哥就基本上建造在沼泽沉积物与粘土上。然而,它却成为了高层建筑设计方面的先锋(并将继续扮演领导者)。

芝加哥的早期建设者试图将沉重的建筑建在这种土壤上。但由于“不均匀沉降”的作用,地基会发生坍塌,地面也不平整。浅层地下支柱有用,但还远远不够。另一种早期方法是在“格床”上铺设金字塔形钢轨。

最终,出现了两项突破。取代厚重的外墙成为主要地上支撑系统的承重钢架,先进的深钻技术:可一直深钻至基岩。

Chicago River

岩土工程勘察——真正的基础

将高层建筑固定在基岩上非常完美,但是难度超乎你的想象!有时,基岩埋藏得非常深。在拉斯维加斯和休斯顿等城市,工程师们至今还在尝试找到深埋的基岩。由于基岩不规则,吉隆坡双子塔 (Petronas Towers) 并未在原址建造。而伦敦碎片大厦 (Shard) 则固定在硬砂层上。

很多工程师将建筑固定到硬质地层,即基岩上方的压实粘土层。有些地基将负荷分散在更高的硬粘土层上。岩土评估帮助提供可用的解决方案。这项工作主要通过远程传感器和摄像头完成,因为甲烷气阱和加压水使得人工勘探非常危险!

已知的未知因素:天气和地质

岩石工程勘察还会检测当地天气和地质造成的潜在垂直和水平荷载。台北市的台北 101 大厦在这项工作中投入了八个月,因为这里发生台风和地震的可能性很大。该栋 508 米建筑还考虑了飓风因素,导致地基建设工期多出 15 个月!

应对地震需要建设良好的地基和附加措施。台北 101 大厦采用了重达 728 吨的调谐质量阻尼器 (TMD)。此外,阻尼器还用于通过模拟极端情况对它们产生的影响来测试建筑构件。例如,thyssenkrupp Elevator 在中国中山市和德国罗特魏尔的测试塔采用主动质量阻尼器 (AMD) 帮助确保电梯安全。

Building Foundations

挖掘泥土

一旦全部前期勘察工作完成,即可开始挖掘!如果基岩距离地面较近,建筑工人将进行挖掘并将建筑固定到基岩上。但是,在所有情况下,都需要将细长的立柱或立桩打入地下。立柱或立桩通常采用钢材或钢筋混凝土制成,在工地外预制而成或直接在钻孔中浇筑。

将建筑负载转移到基岩或其他地下硬土的立桩称为端承桩。摩擦桩用于硬质土层过深的情况,可将建筑负载转移到整个立桩长度周围的土壤上。

立桩可支撑大型板坯或筏板。例如,碎片大厦建在数百根混凝土桩支撑的大型混凝土板上。墨西哥市的阿兹特克 (La Azteca) 使用桩筏地基将其固定到较深的可高度压缩的粘土矿床上。这种方法很不错,因为墨西哥市正在沉降!它只是众多正在耗尽地下水资源和破坏未来发展的城市之一。

而伦敦碎片大厦, 哈利法塔的, 台北 101, 双子塔, 中国中山市的 thyssenkrupp Elevator 测试塔

地基之外

新建筑还将继续把创新设计和打造稳固地基的最新技术结合在一起。例如,拟建的 1,200 米超群大厦 (Bionic Tower) 将采用类似树木根系的地基支撑!

良好的建筑地基非常重要,但这只是全局的一部分。全局中还包括战略性城市规划、可执行建筑规范、问责制和民主参与。这些将共同为运转良好的现代、高密度城市生活打下稳固的地基。

Image Credit:

Chicago, photo by Colin Maynard, taken from unsplash.com

Dam, photo by Alex Bagirov, taken from unsplash.com

Building foundation, photo by Ivan Bandura, taken from unsplash.com

The Shard, photo by Fred Mouniguet, taken from unsplash.com

Burj Khalifa, photo by Ashim D’Silva, taken from unsplash.com

Taipei 101, photo by Remi Yuan, taken from unsplash.com

Petronas Towers, photo by Izuddin Helmi Adnan, taken from unsplash.com